DE102014203040A1 - Illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus and method for operating such - Google Patents
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Abstract
Ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (10) weist eine Lichtquelle (LS) auf, die zur Erzeugung einer Abfolge von Lichtpulsen eingerichtet ist. Im Lichtweg zwischen der Lichtquelle (LS) und einer Zielfläche (38) ist ein Array (28) von optischen Elementen (30) angeordnet, die zwischen zwei Schaltstellungen digital umschaltbar sind. Eine im Lichtweg zwischen dem Array (28) und der Zielfläche (38) angeordnete verstellbare Lichtablenkungsoptik (32) ist dazu eingerichtet, auftreffendes Licht mit unterschiedlichen Ablenkwinkeln abzulenken. Eine Steuereinrichtung (52) steuert die Lichtablenkungsoptik (32) so an, dass eine Änderung der Ablenkwinkel zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtpulsen erfolgt.An illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus (10) has a light source (LS) which is set up to generate a sequence of light pulses. In the light path between the light source (LS) and a target surface (38) an array (28) of optical elements (30) is arranged, which are digitally switchable between two switching positions. An adjustable light deflection optic (32) arranged in the light path between the array (28) and the target surface (38) is arranged to deflect incident light at different deflection angles. A control device (52) controls the light deflection optics (32) in such a way that a change in the deflection angle takes place between two successive light pulses.
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, das eine gepulst betriebene Lichtquelle und ein DMD (digital mirror device) oder ein anderes Array von optischen Elementen umfasst, die zwischen zwei Schaltstellungen digital umschaltbar sind.The invention relates to an illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus which comprises a pulsed light source and a DMD (digital mirror device) or another array of optical elements which can be digitally switched between two switching positions.
2. Beschreibung des Standes der Technik2. Description of the Related Art
Integrierte elektrische Schaltkreise und andere mikrostrukturierte Bauelemente werden üblicherweise hergestellt, indem auf ein geeignetes Substrat, bei dem es sich meist um einen Silizium-Wafer handelt, mehrere strukturierte Schichten aufgebracht werden. Zur Strukturierung der Schichten werden diese zunächst mit einem Photolack (resist) bedeckt, der für Licht eines bestimmten Wellenlängenbereiches, z.B. Licht im tiefen ultravioletten (DUV, deep ultraviolet), vakuumultravioletten (VUV, vacuum ultraviolet) oder extremen ultravioletten (EUV, extreme ultraviolet) Spektralbereich, empfindlich ist. Anschließend wird der so beschichtete Wafer in einer Projektionsbelichtungsanlage belichtet. Dabei wird ein Muster aus beugenden Strukturen, das auf einer Maske angeordnet ist, auf den Photolack mit Hilfe eines Projektionsobjektivs abgebildet. Da der Betrag des Abbildungsmaßstabs dabei im Allgemeinen kleiner als 1 ist, werden derartige Projektionsobjektive gelegentlich auch als Reduktionsobjektive bezeichnet.Integrated electrical circuits and other microstructured devices are typically fabricated by applying a plurality of patterned layers to a suitable substrate, which is typically a silicon wafer. To pattern the layers, they are first covered with a resist that is resistant to light of a certain wavelength range, e.g. Light in the deep ultraviolet (DUV, deep ultraviolet), vacuum ultraviolet (VUV, vacuum ultraviolet) or extreme ultraviolet (EUV, extreme ultraviolet) spectral range is sensitive. Subsequently, the thus coated wafer is exposed in a projection exposure apparatus. In this case, a pattern of diffractive structures, which is arranged on a mask, is imaged onto the photoresist with the aid of a projection objective. In general, since the magnification amount is smaller than 1, such projection lenses are sometimes referred to as reduction lenses.
Nach dem Entwickeln des Photolacks wird der Wafer einem Ätzprozess unterzogen, wodurch die Schicht entsprechend dem Muster auf der Maske strukturiert wird. Der noch verbliebene Photolack wird dann von den verbleibenden Teilen der Schicht entfernt. Dieser Prozess wird so oft wiederholt, bis alle Schichten auf den Wafer aufgebracht sind.After developing the photoresist, the wafer is subjected to an etching process, whereby the layer is patterned according to the pattern on the mask. The remaining photoresist is then removed from the remaining parts of the layer. This process is repeated until all layers are applied to the wafer.
Im Stand der Technik sind Beleuchtungssysteme bekannt, die Spiegelarrays verwenden, um die Pupillenebene des Beleuchtungssystems variabel ausleuchten zu können. Beispiele hierfür finden sich in der
Aus der
Bei der Verwendung von digital schaltbaren Mikrospiegel-Arrays in Beleuchtungssystemen ist die Zahl der benötigten Mikrospiegel im Allgemeinen so hoch, dass sie nicht von einer einzigen mikromechanischen Komponente bereitgestellt werden kann. Deswegen wurde in der bereits erwähnten europäischen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen
Ähnliche Probleme ergeben sich, wenn in dem Beleuchtungssystem das Array keine Mikrospiegel enthält, sonders anders schaltbare optische Elemente, z.B. Flüssigkristallzellen, wie sie in in LCDs eingesetzt werden.Similar problems arise when, in the illumination system, the array does not contain micromirrors, but other switchable optical elements, e.g. Liquid crystal cells, as used in LCDs.
Ein weiteres Problem beim Einsatz von Arrays mit schaltbaren optischen Elementen besteht darin, dass gelegentlich die optischen Elemente relativ weit voneinander beabstandet sind. Wird ein solches Array auf eine Zielfläche abgebildet, so entstehen entsprechend große Lücken zwischen den Bildern der optischen Elemente, was häufig unerwünscht ist.Another problem with the use of arrays of switchable optical elements is that occasionally the optical elements are relatively widely spaced. If such an array is imaged on a target surface, correspondingly large gaps are created between the images of the optical elements, which is often undesirable.
Aus der
Die
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage anzugeben, mit dem sich auf besonders einfache Weise mit Hilfe eines Arrays von optischen Elementen, die zwischen zwei Schaltstellungen digital umschaltbar sind, eine größere Zielfläche gleichmäßig ausleuchten lässt.The object of the invention is to specify an illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus with which a larger target area can illuminate uniformly in a particularly simple manner with the aid of an array of optical elements which can be digitally switched between two switch positions.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage gelöst, das eine Lichtquelle aufweist, die zur Erzeugung einer (insbesondere periodischen) Abfolge von Lichtpulsen eingerichtet ist. Im Lichtweg zwischen der Lichtquelle und einer Zielfläche ist ein Array von optischen Elementen angeordnet, die zwischen zwei Schaltstellungen digital umschaltbar sind. Im Lichtweg zwischen dem Array und der Zielfläche ist eine verstellbare Lichtablenkungsoptik angeordnet, die dazu eingerichtet ist, auftreffendes Licht mit unterschiedlichen Ablenkwinkeln abzulenken. Eine Steuereinrichtung steuert die Lichtablenkungsoptik so an, dass eine Änderung der Ablenkwinkel zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtpulsen erfolgt. According to the invention, this object is achieved by an illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus which has a light source which is set up to generate a (in particular periodic) sequence of light pulses. In the light path between the light source and a target surface, an array of optical elements is arranged, which are digitally switchable between two switching positions. Arranged in the light path between the array and the target surface is an adjustable light deflecting optic arranged to deflect incident light at different deflection angles. A control device controls the light deflection optics so that a change in the deflection angle between two successive light pulses takes place.
Erfindungsgemäß wird somit die Zielfläche zu einem gegebenen Zeitpunkt nie vollständig, sondern nur teilweise ausgeleuchtet. Die relativ langen Zeiten zwischen aufeinander folgenden Lichtpulsen werden dazu genutzt, die Lichtablenkungsoptik zu verstellen und bei Bedarf auch die optischen Elemente des Arrays in eine andere Schaltstellung umzuschalten. Auf diese Weise wird die gewünschte Lichtverteilung auf der Zielfläche sukzessive ähnlich wie beim Zeitmultiplexen aufgebaut. Die Gesamtintensitätsverteilung entsteht dann durch Integration über die Zeit. Durch Umschalten wenigstens eines der optischen Elemente des Arrays zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtpulsen kann auf jedem in der Zielfläche ausgeleuchteten Bereich ein anderes Lichtmuster erzeugt werden.According to the invention, the target area is thus never fully illuminated at any given time, but only partially. The relatively long times between successive pulses of light are used to adjust the light deflection optics and, if necessary, also to switch the optical elements of the array to another switching position. In this way, the desired light distribution on the target surface is built up successively similar to the time division multiplexing. The overall intensity distribution then arises through integration over time. By switching at least one of the optical elements of the array between two consecutive light pulses, a different light pattern can be generated on each area illuminated in the target area.
In Beleuchtungssystemen ist ein solcher sukzessiver Aufbau einer Intensitätsverteilung auf einer Zielfläche in der Regel tolerierbar, da der Fotolack die darauf auftreffende Intensität ebenfalls integriert. Seine chemischen Eigenschaften verändert der Fotolack erst dann, wenn die während der gesamten Belichtung aufintegrierte Intensität (gelegentlich auch Dosis genannt) einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. In illumination systems, such a successive build-up of an intensity distribution on a target surface is generally tolerable since the photoresist also integrates the intensity incident thereon. The photoresist does not change its chemical properties until the intensity integrated during the entire exposure (sometimes also called dose) exceeds a certain threshold.
In einem Beleuchtungssystem ist deswegen die Beleuchtungswinkelverteilung in der Maskenebene (und somit auch in der optisch hierzu konjugierten Bildebenen des Projektionsobjektivs) durch die zeitlich aufintegrierte Ortsverteilung des Projektionslichts in der Pupillenfläche vorgegeben ist. Wenn die vom Array ausgeleuchtete Zielfläche die Pupillenfläche oder eine hierzu konjugierte Fläche ist oder zumindest deren Ausleuchtung bestimmt, so kann durch die erfindungsgemäße sukzessive Ausleuchtung der Pupillenfläche die Beleuchtungswinkelverteilung sukzessive während der Belichtung aus mehreren Einzelverteilungen zusammengesetzt werden. In an illumination system, therefore, the illumination angle distribution in the mask plane (and thus also in the image planes of the projection objective that are optically conjugate thereto) is predetermined by the temporally integrated spatial distribution of the projection light in the pupil surface. If the target area illuminated by the array is the pupil area or a surface conjugate thereto or at least determines its illumination, then the illumination angle distribution can be successively combined during the exposure from a plurality of individual distributions by the inventive successive illumination of the pupil area.
Bei der verstellbaren Lichtablenkungsoptik kann es sich um jedes optische Element handeln, mit dem auftreffendes Licht in unterschiedliche Richtungen abgelenkt werden kann. In Betracht kommen insbesondere reflektierende optische Elemente wie verkippbare Planespiegel oder rotierende Polygonspiegel, oder auch refraktive optische Elemente wie beispielsweise verkippbare oder rotierende Keilelemente. The adjustable light deflection optics may be any optical element that can deflect incident light in different directions. Reflective optical elements, such as tiltable planar mirrors or rotating polygon mirrors, or refractive optical elements, such as tiltable or rotating wedge elements, are particularly suitable.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Lichtablenkungsoptik und die Steuereinrichtung so eingerichtet, dass sich ein vor einer Änderung der Ablenkwinkel von dem Array auf der Zielfläche ausleuchtbares erstes Lichtmuster nicht mit einem nach der Änderung der Ablenkwinkel von dem Array auf der Zielfläche ausleuchtbaren zweiten Lichtmuster überlappt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass durch die sukzessive Ausleuchtung des Lichtfeldes mit einer vorgegebenen Anzahl von Lichtpulsen eine maximale Zielfläche überstrichen werden kann. Unter einem Lichtmuster wird in diesem Zusammenhang die Menge aller beleuchteten Bereiche verstanden; die zwischen den beleuchteten Bereichen verbleibenden dunklen Bereiche sind somit nicht Teil des Lichtmusters. In one embodiment, the light deflecting optics and the controller are arranged such that a first light pattern that is illuminable on the target surface prior to a change in the deflection angles does not overlap with a second light pattern that is illuminable on the target surface after the deflection angles have changed. In this way it is ensured that a maximum target area can be covered by the successive illumination of the light field with a predetermined number of light pulses. Under a light pattern in this context, the amount of all illuminated areas understood; the dark areas remaining between the illuminated areas are thus not part of the light pattern.
In Betracht kommt dabei, das erste Lichtmuster und das zweite Lichtmuster so auf dem Zielfeld anzuordnen, dass sich Umhüllende (d.h. Außenkonturen) der beiden Lichtmuster nicht überlappen. Die beiden Lichtmuster können damit beispielsweise in einer Reihe nebeneinander oder in einer zweidimensionalen Anordnung in einem vorgegebenen Raster auf der Zielfläche angeordnet werden. Auf diese Weise können sehr rasch auch größere Zielflächen von dem Array ausgeleuchtet werden. Eine solche Steuerung der Lichtablenkungsoptik und der optischen Elemente des Arrays bietet sich vor allem dann an, wenn unvermeidbare Spalte zwischen den optischen Elementen nicht auf die Zielfläche übertragen werden oder so klein sind, dass sie toleriert werden können. It is contemplated to arrange the first light pattern and the second light pattern on the target field so that envelopes (i.e., outer contours) of the two light patterns do not overlap. The two light patterns can thus be arranged, for example, in a row next to one another or in a two-dimensional arrangement in a predetermined grid on the target surface. In this way, larger target areas can be illuminated by the array very quickly. Such control of the light deflecting optics and the optical elements of the array is particularly useful when unavoidable gaps between the optical elements are not transferred to the target surface or are so small that they can be tolerated.
Sind solche Spalte hingegen untolerierbar groß, so ist es häufig günstiger, das erste Lichtmuster und das zweite Lichtmuster ineinander zu verschränken. Die Lichtablenkungsoptik versetzt dann die Lichtmuster zwischen zwei Lichtpulsen vorzugsweise nur geringfügig, so dass sich die Umhüllenden der Lichtmuster erheblich überlappen. Wenn sich auch die Lichtmuster selbst überlappen, so können praktisch beliebige (auch mehrstufige) Intensitätsverteilungen auf der Zielfläche von dem Array nach zeitlicher Integration ausgeleuchtet werden. On the other hand, if such gaps are intolerably large, it is often better to interlock the first light pattern and the second light pattern. The light deflection optics then only slightly offset the light patterns between two light pulses, so that the envelopes of the light patterns overlap considerably. Although the light patterns themselves overlap, virtually any (even multi-level) intensity distributions on the target surface can be illuminated by the array after time integration.
Besonders zweckmäßig ist dies, wenn der Abstand zwischen zwei benachbarten optischen Elementen des Arrays entlang einer Bezugsrichtung größer ist als die maximale Abmessung der zwei optischen Elemente entlang der Bezugsrichtung. Das erste und das zweite Lichtmuster können dann so ineinander verschränkt werden, dass das zweite Lichtmuster auf der Zielfläche Lücken ausleuchtet, die von dem ersten Lichtmuster nicht beleuchtet werden können. Solche Lücken können insbesondere dann entstehen, wenn im Lichtweg zwischen dem Array und der Zielfläche ein Objektiv angeordnet ist, welches das Array auf die Zielfläche abbildet. This is particularly expedient if the distance between two adjacent optical elements of the array along a reference direction is greater than the maximum dimension of the two optical elements along the reference direction. The first and the second light pattern can then be interlaced so that the second Light pattern on the target area illuminates gaps that can not be illuminated by the first light pattern. Such gaps can arise, in particular, when a lens is arranged in the light path between the array and the target surface, which images the array onto the target surface.
Bei der Lichtquelle kann es sich um einen Laser handeln, der für die Erzeugung von Projektionslicht mit einer Mittenwellenlänge von 150 nm und 250 nm eingerichtet ist. The light source may be a laser configured to produce projection light having a center wavelength of 150 nm and 250 nm.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungssystems einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit folgenden Schritten:
- a) Richten einer Abfolge von Lichtpulsen auf ein Array von optischen Elementen, die zwischen zwei Schaltstellungen digital umschaltbar sind, wobei das Array eine Zielfläche ausleuchtet;
- b) Ablenken des von dem Array auf die Zielfläche gerichteten Lichts um unterschiedliche Ablenkwinkel durch eine im Lichtweg zwischen dem Array und der Zielfläche angeordnete verstellbare Lichtablenkungsoptik, wobei eine Änderung der Ablenkwinkel zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtpulsen erfolgt.
- a) directing a sequence of light pulses onto an array of optical elements that are digitally switchable between two switch positions, the array illuminating a target area;
- b) deflecting the light directed from the array onto the target surface by different deflection angles through an adjustable light deflection optic arranged in the light path between the array and the target surface, wherein a change in the deflection angles occurs between two consecutive light pulses.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen im Wesentlichen denen, die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems erläutert wurden. The advantages of the method according to the invention essentially correspond to those which have been explained above in connection with the illumination system according to the invention.
Wenigstens eines der optischen Elemente des Arrays kann zwischen zwei Lichtpulsen umschalten. Dadurch lassen sich auf der Zielfläche unterschiedlichste Intensitätsverteilungen nach zeitlicher Integration erzeugen.At least one of the optical elements of the array can switch between two light pulses. As a result, a wide variety of intensity distributions can be generated on the target surface after temporal integration.
Ein vor einer Änderung der Ablenkwinkel von dem Array auf der Zielfläche ausgeleuchtetes erstes Lichtmuster überlappt sich vorzugsweise nicht mit einem nach der Änderung der Ablenkwinkel von dem Array auf der Zielfläche ausgeleuchteten zweiten Lichtmuster. A first light pattern illuminated before a change in the deflection angle of the array on the target surface preferably does not overlap with a second light pattern illuminated on the target surface after the deflection angle has changed from the array.
Das erste Lichtmuster und das zweite Lichtmuster können so auf dem Zielfeld angeordnet sein, dass Umhüllende der beiden Lichtmuster sich nicht überlappen. The first light pattern and the second light pattern may be arranged on the target field such that envelopes of the two light patterns do not overlap.
Alternativ hierzu können das erste Lichtmuster und das zweite Lichtmuster ineinander verschränkt sein. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der Abstand zwischen benachbarten optischen Elementen des Arrays entlang einer Bezugsrichtung größer ist als die maximale Abmessung eines optischen Elements entlang der Bezugsrichtung.Alternatively, the first light pattern and the second light pattern may be interlaced. This is particularly useful when the distance between adjacent optical elements of the array along a reference direction is greater than the maximum dimension of an optical element along the reference direction.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawings. Show:
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Die
Innerhalb des Beleuchtungsfeldes
Bei der dargestellten Projektionsbelichtungsanlage
Die
Bei dem Mikrospiegel-Array
Im Lichtweg hinter dem Mikrospiegel-Array
In der
Beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage wird das Lichtmuster
Diese langen Zeitintervalle zwischen den Lichtpulsen werden erfindungsgemäß dazu genutzt, den Kippspiegel
Nachdem das zweite Lichtmuster
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wiederholt sich eine solche Verstellung des Kippspiegels
Nach Verstellungen des Kippspiegels
Falls mehrere Lichtpulse einen der Bereiche
Die
Ferner sind in der
Mit Hilfe der in der
Wie die
Die in die "Aus-Stellung" verkippten und deswegen schwarz angedeuteten Mikrospiegel
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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